2. Устройство и принцип работы рефрактометра

2.1. Оптическая схема рефрактометра

Оптическая схема рефрактометра приведена на рис. 4. Исследуемый раствор помещают между плоскостями двух призм - осветительной 3 и измерительной 4, изготовленных из стекла с большим показателем преломления (n=1,9). От источника 1 пучок света направляется конденсором 2 на входную грань осветительной призмы. На гипотенузной поверхности АВ осветительной призмы, которая сделана матовой, свет рассеивается, проходит слой жидкости под всевозможными углами и падает на полированную грань СD измерительной призмы. Ход лучей из раствора в измерительную призму соответствует случаю, приведенному на рис.2.

Ход лучей в рефрактометре при измерении показателя

методом скользящего луча

Рис.4.

I - источник света, 2-конденсор, 3 - осветительная призма, -1 -измерительная призма, 5 - призмы прямого зрения, б - объектив зрительной трубы, 7 — сетка с перекрестием, 8 - шкала, 9 - окуляр зрительной трубы.

Угол, под которым выходят из измерительной призмы лучи, преломившиеся на грани СD под предельным углом преломления, однозначно связан с показателем преломления исследуемого раствора. Это видно из формулы (3), где величина известна, и из того, что при выходе света из измерительной призмы происходит преломление на границе двух сред с известными показателями преломления и, следовательно, ход лучей может быть рассчитан на основе законов преломления. Для измерения угла, под которым выходят лучи из измерительной призмы, используется зрительная труба, образованная объективом 6 и окуляром 9, свет в которую поступает через систему призм прямого зрения 5. При этом используется то свойство зрительной трубы, что лучи, идущие параллельно ее оси, собираются в перекрестии сетки 7.

Призмы прямого зрения и зрительная труба жестко связаны между собой и могут поворачиваться относительно измерительной призмы. угол поворота измеряется по неподвижной шкале 8, расположенной в общей фокальной плоскости объектива и окуляра. Шкала проградуирована на основании формулы (3) с учетом хода лучей в значениях показателя преломления исследуемого раствора. Осуществляя поворот зрительной трубы, можно установить ее ось параллельно лучам, преломившимся на грани под предельным углом. При этом в поле зрения окуляра будут наблюдаться светлая и темная области, граница между которыми будет совпадать перекрестием. Светлая область образована лучами, преломленными на грани под углами, меньшими предельного, а темная область образована отсутствием лучей, идущих под углами, большими предельного. По­ложение границы света и тени, образованной лучами, преломленными под предельным углом, укажет на шкале 8 искомую величину показателя преломления раствора.

Источник света I не является монохроматическим, поэтому вследствие дисперсии исследуемого вещества и материала измерительной призмы (т.е. зависимости их показателей преломления от длины волны света), граница света и тени, наблюдаемая в зрительную трубу, оказывается размытой и окрашенной. Для устранения этого эффекта используются призмы прямого зрения 5, образующие дисперсионный компенсатор. Призмы рассчитаны так, чтобы лучи с длиной волны 589,3 нм (среднее значение длины волны жел­того дублета натрия) не отклонялись при прохождении через них. При повороте одной призмы относительно другой их суммарная дисперсия изменяется, что позволяет скомпенсировать различие в углах выхода лучей с различными длинами волн из измерительной призмы и направить их в зрительную трубу параллельно лучам с длиной волны . Граница света и тени при этом получается резкой, неокрашенной и дает значение показателя преломления ис­следуемого раствора на длине волны .